CN1310887A - 直接序列码分多址接收机 - Google Patents

Abstract

一个路径搜索级,它含有在数目上小于预定的扩频代码的码长的滑动相关器,并且在具有由匹配滤波器作为一个中心定时而被检出的各相关系数峰值的中心的一个相位上,计算相关系数。由此,就能实现电路尺寸和电功率消耗的减少。

Description

直接序列码分多址接收机

技术领域

本发明涉及用于直接序列码分多址(DS-CDMA)通信的接收机，在上述通信方式中，在发送部分，发送一组通过将用于发送的信息信号乘以一组预定的扩频代码而获得的信号，并且在接收部分，计算介于一组已接收信号跟上述扩频代码之间的相关系数，以及对上述信息信号进行解调。

背景技术

通常，一部DS-CDMA***的接收机，特别是一部移动台的接收机，已经备有一个小区搜索级，用以进行初始的小区搜索，以及一个路径搜索级，用以检测多径定时。小区搜索级计算介于一组已接收信号跟上述扩频代码之间的相关系数，并且获得一个相关功率，以选择作为发送源的一个基站。另一方面，路径搜索级通过在一组已接收信号跟一组扩频代码之间进行相关运算，来计算一份延迟分布图，并且基于该延迟分布图来检测多径定时(相位)。图15表示在路径搜索级所处理的一组已接收信号的一个射频传输帧的格式。该信号的射频传输帧包括多个时隙，并且每一个时隙SLOTK都具有一个导频块PILOTK以及一个数据块DATAK。导频块PILOTK包括一组已知信号，根据该已知信号来进行数据块的衰落补偿。此后，计算该数据块的延迟分布图。

在某些情况下，图15的数据块和导频块可以作为两路并行信道来发送，即，可以被分为两个射频帧，其中一个仅含有各数据块，而另一个则仅含有各导频块。在上述情况下，同一小区的每一个用户根据该已知信号对仅含有各导频块的的信道进行各数据块的衰落补偿，并且该信道被称为公共导频信道。

移动台已经强烈地要求具有最低的电功率消耗，以便保证便携性和长的运行时间。因此，本发明的申请人已经实现了一种滤波器电路，在上述电路中，由一个高速运算的匹配滤波器来进行小区搜索级的相关运算，并且由低功耗的滑动相关器来进行路径搜索级的相关运算，以实现高速的初始同步，并减少电路尺寸和电功率消耗(日本的已公布的未审查专利申请第19950007-215389号)。然而，人们已经提出了进一步地降低电功率消耗的强烈要求。在常规的移动台中，即使处于静止状态或低速移动状态下，也进行类似于在高速移动状态下那样的路径搜索，导致高的电功率消耗。由此，已经出现了因使用大容量电池而导致的增加设备重量的问题，以及电池寿命不足的问题。

在上述环境下作出的本发明提供一种DS-CDMA接收机，它能进一步地减少电路尺寸以及电功率消耗。

发明的公开

根据本发明的一部DS-CDMA接收机具有在数目上小于第2扩频代码的码长的乘法电路，在具有在上述匹配滤波器中作为一个中心相位而被检出的相关系数峰值序列的中心的一个相位上进行相关运算，并且根据延迟分布图的变化来导致计算频率的变化。

而且，根据本发明的一部DS-CDMA接收机通过在数目上对应于相位窗口的变化范围的滑动相关器来计算相关系数，上述相位窗口具有作为中心相位的相关系数峰值序列的中心，在接收时根据相关系数峰值序列的宽度来改变相位窗口的宽度。并且在根据本发明的一部DS-CDMA接收机中，当(移动台)处于静止状态或低速移动状态，延迟分布图的变化较小时，整个路径搜索级存在一个降低了的的起始频率，并且当延迟分布图的变化较大时，整个路径搜索级存在一个较高的频率。

诸附图的简要说明

图1是一份方框图，表示根据本发明的一个实施例的DS-CDMA接收机。

图2是一份方框图，表示在图1所示的实施例中的小区搜索级。

图3是一份方框图，表示在图1所示的实施例中的路径搜索级。

图4是一份概念图，表示在图1所示的实施例中的路径搜索级的相干加法运算。

图5是一份概念图，表示在图1所示的实施例中的路径搜索级的搜索定时。

图6是一份流程图，表示在图1所示的实施例中的路径搜索级的搜索频率的控制方法。

图7是一份流程图，表示在图1所示的实施例中，用以决定相位窗口宽度的方法。

图8是一份方框图，表示在图1所示的实施例中的小区搜索级和路径搜索级的滑动相关器。

图9是一份方框图，表示在图1所示的实施例中的控制信道接收级。

图10是一份方框图，表示在图1所示的实施例中的业务信道接收级。

图11是一份方框图，表示在图1所示的实施例中的发送滚降滤波器。

图12是一份方框图，表示在图1所示的实施例中的发送级。

图13是一份方框图，表示在图1所示的实施例中的射频控制级。

图14是一份方框图，表示在图1所示的实施例中的控制级。

图15是一份概念图，表示常规业务信道的一种帧格式。

实施本发明的最佳方式

下面将参照诸附图来说明根据本发明的一个实施例的DS-CDMA接收机。图1是一份方框图，表示上述实施例的总体配置。已接收的射频信号被下变频为基带信号RS，并且由模拟数字(A/D)转换器1进一步地将其转换为数字信号。已接收的数字信号以并行方式被输入到小区搜索级2，路径搜索级3，控制信道接收级4，以及业务信道接收级6。

小区搜索级2包括一个匹配滤波器21(图2)，用以计算介于已接收信号以及一组预定的扩频代码之间的相关系数，并且通过滤波器21来检测跟已接收信号之间的同步定时关系(初始同步)。为了获得已接收信号所需时间被称为码片时间，并且匹配滤波器21在每一段码片时间内完成相关运算。在检测同步定时关系之后，级2(第2级)识别每一个基站所特有的一组扩频代码或一组加扰代码，以便选择一个基站来接收诸信号。

在实现初始同步之后，当由于多径现象而接收到各多径信号(虽然只发射一组信号，但是由于反射等原因，到达移动台的是具有不同时差的多组信号)时，路径搜索级3根据与已接收信号之间的同步定时关系(帧同步和时隙同步)，提取多个预定的相关系数峰值(针对多径传播)，以识别它们的定时(相位)关系。含有多个滑动相关器的相关器41(图3)被用来进行上述的相关系数各峰值的提取。上述匹配滤波器具有为进行相关运算所需的在数目上对应于所有定时数值的乘法器(未示出)，以便计算针对每一种定时关系的相关系数。然而，上述情形所需的电路尺寸和电功率消耗是很大的。另一方面，在采用滑动相关器的情况下，跟需要提供在数目上对应于所有定时数值的乘法器的那些情况相比，由于仅需要在数目上比后一种情况少得多的滑动相关器，例如，滑动相关器SC1-SCn(图5)分别具有乘法器m1-mn，所以电路尺寸和电功率消耗得以大大地减少。但是，每一次相关运算需要更长的时间(一个符号的持续时间=扩频因子×码片时间)。随后，小区搜索级2仅被用于初始同步，并且，在完成初始同步之后，级2就停止工作以降低电功率消耗。而且，起动小区搜索级不仅是为了初始同步(初始小区搜索)，也是为了***的小区搜索。

在匹配滤波器21之后，在后继的控制级30(图2)中，小区搜索级2选择具有最大功率(针对主路径)的一个相关系数峰值串作为初始同步定时。并且，该定时作为控制信号CTRLS2被输入到路径搜索级3。

控制信道接收级4接收各种控制信号，用于移动台中的各种控制，使用预定的扩频代码，通过个滑动相关器对诸信号进行解扩频，并且，在同步检测和分离多径组合之后，从已接收的信号中提取各种控制信号并对它们进行解调。业务信道接收级6使用预定的扩频代码，通过各滑动相关器对诸信号进行解扩频，并且，在同步检测和分离多径组合之后，提取含有各种信息信号等的各种业务信道信号并对它们进行解调。根据路径搜索级3的搜索结果，分别确定用于各控制信道以及各业务信道的各多径信号接收定时。

移动台的发送部分备有发送级8，用以产生各种发送信号，后者是通过将待发送的数据乘以扩频代码而获得的。并且在通过发送滚降滤波器7进行波形形成之后，从射频级(未示出)将它们发送出去。射频级受到控制级RFC的控制，以便向该射频级输出各控制信号CS,DT。

在控制信道接收级4以及业务信道接收级6，信号经过解扩频以及分离多径组合之后，被输入到接收缓冲器5，并通过DSP总线B1以及DSP接口13，由数字信号处理器(DSP)进行处理。来自上述发送级8的待发送的信号通过总线B1被输入到发送缓冲器9，在那里进行暂时存储，随即从缓冲器9被送往发送级8。

由微处理器(未示出)通过微处理器总线B2以及微处理器接口12对小区搜索级2和路径搜索级3的输出进行处理。提供了控制级11，用于移动台的其他各种控制，并且类似地也由微处理器(MPU)来驱动。接收缓冲器5也被连接到总线B2，并且由微处理器进行处理。

图2表示小区搜索级的各项细节。输入信号S12(对应于图1中的A/D转换器1的输出)被输入到匹配滤波器21，并且相关器27含有多个滑动相关器。短码寄存器25被被连接到匹配滤波器21以及相关器27。而且，长码(加扰代码)发生器26(它可以是一个长码寄存器)也被连接到相关器27。

用长码(加扰代码)来进行每一个小区的识别，即，用以接收各种信号的基站的识别，并且，由长码发生器26来产生一组可能的长码。然而，跟所有的长码进行直接的比较需要较长的识别时间。接着，各长码被划分为多个长码组，以便在第1位置上识别各长码组。用来自短码寄存器25的针对长码组的识别代码来识别各长码组。然而，在识别长码组之前，有必要进行时隙同步定时的检测，并在已接收信号和一组同步的短码之间进行相关运算，对所有小区来说，短码都是共同的，并且都由寄存器25提供。

在第1位置，小区搜索级2通过匹配滤波器21在已接收信号S12和一组同步的短码(对各小区来说是共同的)之间顺序地进行相关运算，以计算匹配滤波器21输出的相关信号的功率，并且，随后，在递归积分电路22中，针对一个时隙的持续时间进行各相关功率的递归积分。针对1帧或多帧进行各相关功率的递归积分，以便将具有最大输出相关功率的定时当作时隙同步定时来处理，同时也作为主路径的接收定时来处理。根据主路径的定时，使用多个滑动相关器，进行介于各短码(用以识别各长码组)和已接收的各信号之间的相关运算，使用相关功率运算器28，计算各相关输出的功率。基于各相关功率，使用多组用以识别长码组的短码，使各长码组得以识别。在识别各长码组之后，根据介于已接收信号以及在该组中所有长码的组合代码之间的各相关输出功率，用相当于分配给控制信道的一个符号宽度的短码来识别用于接收各信号的一个基站(小区)的长码。

图3表示路径搜索级3的细节。在输入信号SI3(对应于在图1中的A/D转换器1的输出)中的已接收的各导频块(在图4中从PILOTK-1到PILOTK+1)的信号经过在输入缓冲器40中存储之后，在含有多个滑动相关器的相关器41中被解扩频。在消除导频信号的调制效应之后，在相干加法器42中进行相关器41的输出的相干加法运算。此后，在相关功率运算器45中，计算各相干加法输出的各相关功率。用递归积分电路46对各相关功率进行平均，并将其结果输入到输出缓冲器47。控制电路48被连接到电路46的输出侧，并且对电路46的输出的多径定时进行检测。上述控制信号CTRLS2也被输入到电路48。相关器41含有在数目上小于用于相关运算的扩频代码的码长的滑动相关器。在使用各滑动相关器期间的定时取决于控制信号CTRLS2以及被检测出来的多径的定时。根据上述延迟分布图的变化，来调整相关器41的运算频率，即，用以计算相关系数的频率，其中相干加法器42含有并列的平均电路43,44，它们分别对各相邻符号宽度的各导频进行平均运算，以便针对在相关功率运算器45中的那些平均值来计算各项功率。此外。在递归积分电路46中对功率计算的各种结果进行平均，以便从各平均结果中检出最迟的多径定时。所检出的多径定时被施加到各相关器的接收定时，以便从紧跟在检出之后的时隙的顶部接收控制信道和业务信道。

图4表示在路径搜索级3的相干加法运算的一份概念图。通过对处于相邻时隙SLOTK-1和SLOTK中的各导频块PILOTK-1和PILOTK的各导频符号进行平均来产生一个平均值Avk。类似地，通过对分别地处于后继的各时隙SLOTK+1和SLOTK+2中的各导频块PILOTK+1和PILOTK+2的各导频符号进行平均，来产生一个平均值Avk+2。从各平均值计算各相关功率，以获得平均值AVPk+2。

由此，通过用相干加法来计算多个时隙的平均值，就有可能消除噪声和干扰，并在检测精度和多径的稳定方面实现改进。由于相干加法的对象仅是各导频符号，并且仅需要对各导频符号的已接收信号进行解扩频，所以，就能用较小数目的滑动相关器来进行运算。而且，如下面所述，可以调整相位范围(相位窗口)以及用于计算各延迟分布图的计算频率，以便将滑动相关器的数目和使用频率降低到最小值。虽然示于图4的业务信道的各导频块是用以计算路径搜索级的延迟分布图的目标接收信号，但是，若控制信道的各导频块也具有类似的配置，则各控制信道的各导频块也可以是用以计算路径搜索级的延迟分布图的目标接收信号。

图6表示一个从整体上调整上述路径搜索级3的起始频率的控制***的一份流程图。在步骤S1，对在一段预定时间(在1个符号的持续时间内)具有等于或超过预定水平的多径相关峰值的数目进行记数，并且对多径数目是否不同于先前的多径检测结果作出判断。当多径数目发生变化时，在步骤S2，运算频率F被设置为最大值Fmax以便结束该次运算。另一方面，当该数目没有发生改变时，在下一个步骤S3，对每一条多径的相移进行整体评估。下面将说明此项评估的一个实例。假定多径的数目为r，各多径为P1-Pr，每一个多径信号的峰值电平为Ps1-Psr，以及相位移为δ1-δr。随后，各相位移的总和PD，以及将PD除以峰值电平的总和所得的数值PDR被用来作为指标。上述指标由公式(1),(2)来表示： $\mathrm{PD}=\underset{i=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_i---\left(1\right)$ $\mathrm{PDR}=\frac{\underset{i=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_i}{\underset{i=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Psi}}---\left(2\right)$

当用Δ来表示指标PD和PDR时，在步骤S4，对Δ是否超过一个预定的阈值Δth作出判断。若不超过，则处理停止进行，并且若超过，则在步骤S5，通过一项从ΔF(Δ-Δth)到[F+F(Δ-Δth)]的频率校正功能对频率进行校正。作为频率校正功能，例如，可以使用一个函数，借助于该函数，通过将(Δ-Δth)乘以一个预定的比例常数，来产生频率变化量ΔF，并且该频率F在介于最小值Fmin以及上述的Fmax之间的范围内改变。

图5表示在使用上述相关器41期间，各种定时的一份概念图。当上述已接收的信号SI3被表示为一个时间序列信号SIk时，每一组信号的长度为一个符号的持续时间，并且每一个滑动相关器SC1-SCn按照顺序地移动的时序，对介于信号SIk跟一组预定的扩频代码之间的相关系数进行计算。每一个滑动相关器SC1-SCn的运算间隔CP1-CPn等于符号的持续时间，并且在围绕每一个符号持续时间的中心CEN(由在信号Sk中的一段点划线来表示)的具有某种边界的一个范围CRR内对相关系数进行计算。由此，即使当信号发生变化时，在不检查各峰值位置的条件下，同步关系仍然是可恢复的。

图7表示用以决定相位窗口宽度的方法的一份流程图。在提取等于或超过预定数值的相关功率之后，对已提取的相关功率进行排序(步骤S71)，其中从具有最高电平的相关功率中提取预定数目的相关系数峰值，以产生一个相关系数峰值序列，在这里，各相关系数峰值被排列成一个时间序列(步骤S72)。在相关系数峰值序列的起点和终点处，获得相位Tb,Te，并且对介于它们之间的时间距离ΔT=Te-Tb进行计算(步骤S73)。由此，就能获得用滑动相关器进行相关系数运算的范围，即，用于决定相位窗口的数据。

通过将ΔT乘以一个预定的系数w(1.0以上)，就能获得相位窗口的宽度W，并且该窗口被安排在围绕介于Tb和Te之间的一个中心，即，(Tb+Te)/2(步骤S74)，其中，w的数值取决于各通信信道的状况，并且在不良状况下被设置为较大的数值。

上述滑动相关器SC1包括一个乘法器m1，以及一个积分器sum1，用以对乘法器的输出进行积分。在乘法器m1中，进行预定扩频代码跟已接收的各信号之间的乘法运算。提供了对应于相位窗口的最大宽度(一个符号的持续时间)的滑动相关器的数目。当相位窗口的宽度窄于最大宽度时，不使用的滑动相关器停止工作，以便降低电功率消耗。由于各滑动相关器SC2-SCn都具有相似的配置，所以其说明从略。

图8所示的方框图说明小区搜索级2的相关器27以及路径搜索级3的相关器41共用各滑动相关器。如图8所示，数目为n的滑动相关器SC1-SCn被用于相关器41，并且它们中的滑动相关器SC1-SCm也被用于相关器27。各乘法器MUX1-MUXm分别地被连接到滑动相关器SC1-SCm的输出侧。各乘法器的输出被连接到小区搜索级2的相关功率运算器28或者路径搜索级3的相干加法器42。由此，小区搜索级2和路径搜索级3共用滑动相关器SC1-SCm，这跟不采取共用方式而独立地提供滑动相关器的情形相比，能大大地缩小整体的电路尺寸。

图9是一份方框图，表示控制信道接收级4的细节，该信道接收级4含有滑动相关器61，它接纳已接收的信号SI4(对应于上述A/D转换器1的输出)；同步检测电路63，它使用来自滑动相关器61的输出的基于各导频符号的各项信道评估结果，进行各数据符号的同步检测；以及一个符号加法器64，用以进行同步检测电路63的输出的分离多径组合。提供预定的长码和短码(扩频代码)的寄存器62被连接到滑动相关器61。在由上述控制信号CTRLS3所指定的一个瞬时，即，在路径搜索级3所检出的一个瞬时，向滑动相关器61提供一组长码。而且，控制信号CTRLS3也被输入到符号加法器64，以便为了所有多径信号的集成而进行分离多径组合。

图10是一份方框图，表示业务信道接收级6的细节，该业务信道接收级6含有滑动相关器71，它接纳已接收的信号SI5(对应于上述A/D转换器1的输出)；同步检测电路74，它使用来自滑动相关器71的输出的基于各导频符号的各项信道评估结果，进行各数据符号的同步检测；以及一个符号加法器75，用以进行同步检测电路74的输出的分离多径组合。分别提供预定的短码(扩频代码)和长码(加扰代码)的寄存器72,73被连接到滑动相关器71。在由上述控制信号CTRLS3所指定的一个瞬时，即，在路径搜索级3所检出的一个瞬时，向滑动相关器71提供扩频代码。由寄存器72,73提供的长码和短码逐个比特地进行异-或运算，并且其结果作为组合代码被提供到滑动相关器71。而且，控制信号CTRLS3也被输入到符号加法器75，以便为了所有多径信号的集成而进行分离多径组合。

图12是表示发送级8的一份方框图。发送级8具有扩频代码调制电路91，它接纳已接收的信号SI7(对应于上述发送缓冲器9的输出)；并且分别地提供短码和长码的寄存器92,93被连接到扩频代码调制电路91。类似于接收侧，产生短码和长码的组合代码，以便由组合代码对各输入信号进行扩频处理。

图11是表示发送滚降滤波器7的一份方框图。具有有限冲击响应(FIR)的滤波器81的发送滚降滤波器7消除了输入信号SI6(对应于发送级8的输出信号)的高频成分。FIR滤波器81的输出被D/A转换器82转换为模拟信号，作为输出信号SO6。

图13是表示用以控制射频控制级的控制级10的一份方框图。该级10包括一个控制电路101，用于控制已接收信号放大器的增益；控制电路102，用于控制发送信号放大器的增益；控制电路103，用于射频信号接收级的频率控制；以及转换器104，用于通用的A/D和D/A转换。各控制电路101-103分别输出各控制信号CS1,CS2和CS3。数据信号DT8被输入到转换器104，并从上述转换器104输出。

图14是表示控制级11的一份方框图。该级11具有中断控制器111，它被连接到MPU总线B2；以及控制寄存器114，用以存储各种微代码。定时器112以及计数器113被连接到控制器111以及控制寄存器114，以便设置控制定时。

工业的可应用性

如上所述，根据本发明的DS-CDMA接收机具有减少电路尺寸以及电功率消耗的优异的长处。

Claims (7)

1．一种DS-CDMA接收机包括：

一个小区搜索级对作为跟一组已接收信号之间的初始同步关系的一种定时关系进行检测；以及

一个路径搜索级，它含有在数目上小于扩频代码的码长的滑动相关器，并且在所述小区搜索级作为一个中心而被检出的初始同步位置的相位上，在开始计算跟一组扩频代码之间的相关系数之后，计算所述已接收信号的延迟分布图。

其特征在于，所述路径搜索级根据所述延迟分布图的变化引起整个路径搜索级的计算频率或起始频率的变化。

2．根据权利要求1所述的一种DS-CDMA接收机，其特征在于，在所述路径搜索级，在所述延迟分布图发生较小变化的情况下，整个路径搜索级的起始频率被降低，以及在所述延迟分布图发生较大变化的情况下，整个路径搜索级的起始频率因受到控制而被提升。

3．根据权利要求1所述的一种DS-CDMA接收机，其特征在于，在所述路径搜索级，所述延迟分布图的变化取决于各多径信号的相关系数峰值的数目。

4．根据权利要求1所述的一种DS-CDMA接收机，其特征在于，在所述路径搜索级，所述延迟分布图的变化取决于各多径信号的所有相关系数峰值的相位变化的总和。

5．根据权利要求1所述的一种DS-CDMA接收机，其特征在于，在所述路径搜索级，所述延迟分布图的变化取决于将各多径信号的所有相关系数峰值的相位变化的总和除以相关系数峰值的总和所得到的一个数值。

6．一部DS-CDMA接收机包括：

一个小区搜索级对作为跟一组已接收信号之间的初始同步

关系的一种定时关系进行检测；以及

一个路径搜索级，它在开始计算跟一组扩频代码的相关系数之后，使用一定数目的滑动相关器来检测多径信号，上述滑动相关器的数目对应于一系列的相位窗口，后者具有由所述小区搜索级作为一个中心而检出的初始同步位置。

7．根据权利要求1或6所述的一种DS-CDMA接收机，其特征在于，在所述路径搜索级，用于所述相关系数计算的一个对象就是控制信道的各导频块，或业务信道的各导频块，或已接收的各信号的公共导频信道的各导频块。

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